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空气预热器的低温腐蚀

1.  低温腐蚀机理
燃料中的硫在燃烧后生成二氧化硫(SO2),其中有少量的SO2(只占SO2的1%左右)又会进一步氧化而形成三氧化硫(SO3)。由于三氧化硫在烟气中存在,则使烟气的露点温度升高,即三氧化硫和烟气中水蒸气化合,生成硫酸蒸汽,露点温度大为升高。当含有硫酸蒸汽的烟气流经低温受热面(空气预热器),受热面金属壁温低于硫酸蒸气的露点时, 则在受热面金属表面结硫酸露(也即在预热器低温冷端波纹板上结硫酸露),并腐蚀受热面金属。
蒸汽开始凝结的温度称为露点,通常烟气中水蒸气的露点称为水露点;烟气中硫酸蒸气的露点称为烟气露点(或酸露点)。
水露点取决于水蒸气在烟气中的分压力,一般为30-60℃,即使煤中水分很大时,烟气水露点也不超过66℃。一旦烟气中含SO3气体,则使烟气露点大大升高,如烟气中只要含有0.005%(50ppm)左右的SO3,烟气露点即可高达130-150℃或以上。
2.  低温腐蚀危害
强烈的低温腐蚀会造成空气预热器热面金属的破裂,大量空气漏进烟气中,使得送风燃烧恶化,锅炉效率降低,影响回转式空气预热器传热效率,同时腐蚀也会加重积灰,使烟风道阻力加大,影响锅炉安全、经济运行。
3.  预防和减轻低温腐蚀的主要措施
1)   减少三氧化硫的量,这样不但露点温度降低,而且减少了酸的凝结量,使腐蚀减轻;燃料脱硫,低氧燃烧,加入添加剂等方法。
2)   提高空气预热器冷端的壁温,使其壁温高于烟气酸露点温度,至少应高于腐蚀速度最快时的壁温。实现后一途径的方法有热风再循环,加装暖风器等方法。
a.采用热风再循环系统
采用热风再循环的目的在于提高冷端传热元件的金属壁温,以使烟气露点温度低于冷端传热元件的金属壁温,不使烟气出现结露,从而能防止或减轻金属的腐蚀。
热风再循环系统是利用热风道与送风机的吸风管之间的压差,将空气预热器出口的热空气,经热风再循环管送一部分热风回到送风机的入口,以提高空气预热器的进口空气温度。热风再循环只宜将预热器进口的风温提高到50—65℃,否则会使排烟温度升高和风机耗电量增加,使锅炉经济性下降。

b.暖风器
对于大容量锅炉,尤其是燃用含硫量较高的煤种,常采用暖风器预先加热空气的方法来提高空气预热器的进风温度。
暖风器为汽-气热交换器,它是利用蒸汽(在管内流动)的热量来加热进入空气预热器的冷风(在暖风器管外流动),使之达到所要求的温度。通常使用暖风器可将空气温度提高到80℃左右(实际上没有加热到此温度),在一般情况下,已能对预防低温腐蚀产生良好的效果。
暖风器的汽源有两处:一是启动锅炉来,机组启动或全厂停用时供汽;二是再热蒸汽冷段来汽,经减温减压后引入暖风器系统。
c.采用耐腐蚀较好的金属材料
回转式空气预热器结构中常用抗腐蚀的措施。采用回转式空气预热器本身就是一个减轻腐蚀的措施,因它在相同的烟温和空气温度下,其烟气侧受热面壁温较管式空气预热器高,这对减轻低温腐蚀有好处;同时回转式空气预热器的传热元件沿高度方向都分为三段,即热段、中间段、冷段,其中冷段最易受低温腐蚀。从结构上将冷端和不易受腐蚀的热段和中间段分开的目的在于简化传热元件的检修工作,降低维修费用,当冷端的波形板被腐蚀后,只需更换冷端的蓄热板。另外,为了增加冷端蓄热板的抗腐蚀性常采用耐腐蚀的低合金钢制成,而且较厚,一般在1.2mm。另外在回转式空气预热器中,烟气和空气交替冲刷受热面。当烟气流过受热面时,若壁面温度低于烟气露点,受热面上将有硫酸凝结,引起低温腐蚀。但当空气流过受热面时,因空气中没有硫酸蒸汽,且空气中水蒸气的分压力低,则凝结在受热面上的硫酸将蒸发。因此当空气流经受热面时,硫酸的凝结量不增加,反而减少,从而降低腐蚀。
d.装设吹灰器
受热面壁上发生积灰,它将会吸附烟气中的水蒸气、硫酸蒸气以及其它有腐蚀性气体,将使它们有充分的时间进行化学反应,导致腐蚀的加剧。因此,装设吹灰器并合理进行吹灰可减轻受热面的积灰,从而对改善低温腐蚀起到一定的辅助作用。
3)   运行中防止低温腐蚀的措施
a.采用低氧燃烧。可以将烟气中SO3大量降低,烟气露点下降,腐蚀速度减小,但是化学未完全燃烧有增加,但是排烟损失减少,锅炉效率稍有增加。
b.控制炉膛燃烧温度水平,减少SO3的生成量。
c.定期吹灰,利于清除积灰,又利于防止低温腐蚀。
d.定期冲洗。如空预热器冷段积灰,可以用碱性水冲洗受热面清除积灰。冲洗后一般可以恢复至原先的排烟温度,而且腐蚀减轻。
e.避免和减少尾部受热面漏风。因漏风,受热面温度降低,腐蚀加速。特别是空气预热器漏风,漏风处温度大量下降,导致严重的低温腐蚀。
 
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